在现代化铸造厂中对型砂系统的自动控制和监督日益受到重视。为了最经济地运行一个铸造厂和稳定地生产优质铸件,要求实现对型砂系统的计算机集成控制。这种控制一般来讲具有以下三个特点。
(1)吸取预防性控制的概念,针对所生产的铸件的不同用数值模拟方法计算出不同的补加量初始值。
(2)根据实际生产中型砂性能的波动情况,进行计算机统计工艺分析,智能化决策,调整补加量的初始值。
(3)利用型砂性能在线检测装置,实现闭环监控网络。
近年来,各种型砂性能在线检测装置应运而生,同时相应的型砂质量的监控软件也开发了出来。
经过生产实际应用的经验,多数型砂性能在线检测装置所检测的是型砂的紧实率和湿态强度。前者是为了控制型砂的适宜于造型的水分,后者是为了控制型砂的有效黏土含量。
型砂性能在线检测装置安装的位置有两种,即直接装在混砂机取样口处及装在混砂机的卸料皮带上。在前一情况下该装置能直接对正在混制的型砂的加水量进行一定的调整,而在后一情况该装置只能对下一碾砂的加水量进行调整。
(一)德国Eirich公司的型砂质量计算机监控系统
Eirich公司的计算机辅助型砂质量控制系统CAQ的原理如图2-49所示。它所采用的型砂性能在线检测装置如图2-50所示,是四工位转盘式的装置,其一个测量循环按以下顺序进行。
(1)工位1:充填。从混砂机的卸料皮带运输机上取样,型砂在加料漏斗中经一转子打松后进入试样筒内。
(2)工位2:测量紧实率。试样筒的型砂在恒定的压实比压下被压紧,由位移传感器测量其压缩量得出紧实率。
(3)工位3:测量湿剪强度/变形极限。将上述被压缩的砂样部分地从试样筒中顶出,再对其施加剪切力,并用力传感器测出,经换算即得到剪切强度。如需要时可以测出其变形极限。
(4)工位4:测量湿压强度/卸料。将在做剪切强度测试时已经被损坏的砂样顶出试样筒。对未做湿剪强度测试的砂样施加为压碎所需的压力,并进行记录。
Eirich公司的计算辅助型砂质量控制系统的功能示意如图2-51所示。
(二) Hartley自动化型砂紧实率及黏结剂控制系统
Hartley自动化型砂紧实率及黏结剂控制装置 (见图2-52)在混砂机的卸砂皮带上取样,它包括三个工位(在同一条直线上),即向试样筒加砂、测量紧实率、测量湿压强度。
(三) Fondarc公司全自动在线型砂检测和控制系统
Fondarc公司全自动在线型砂检测和控制系统由以下五个部分构成。
图2-49 计算机辅助型砂质量控制系统框图
图2-50 Eirich型砂性能在线检测装置
图2-51 计算机辅助型砂质量控制系统功能示意图
(1)两工位转盘式型砂性能检测装置(见图2-53)包括以下四个机构。
1)开关混砂机围圈取样口的气动闸门[见图2-53 (a)]。
2)漏斗和松砂转子。在加砂工位使试样筒装满型砂后转到测试工位。(www.xing528.com)
3)试样筒和位于其下方的滑动底板 (开有一通孔)。首先滑动底板处于将试样筒下端关闭的位置,由带有位移传感器的垂直汽缸测试紧实率[见图2-53 (b)]。
4)一个与滑动底板相连接的水平汽缸。它拉回滑动底板使试样筒下端打开,垂直汽缸继续伸出将已经测过紧实率的砂样顶出试样筒并压到测力装置上,进行湿压强度的测试 [见图2-53 (c)]。
图2-52 Hartley自动化型砂紧实率及黏结剂控制系统
(2)一套自动化定量加水系统,它包括一个水脉冲计数器及一个电磁水阀。
(3)一个用于储存在混砂开始时向混砂机中预加水的水桶。
(4)一套包括可编程控制器在内的控制柜。
(5)一套旧砂水分传感器和温度传感器用来测量旧砂的水分和温度。它们安装在混砂机上方的皮带给料机上,所测得的旧砂水分是用于确定预加水量。
图2-53 Fondarc全自动在线型砂检测装置
(a)取样吸松砂装置;(b)测紧实率;(c)测湿压强度
Fondarc公司的型砂性能在线检测装置可以测量型砂紧实率和湿压强度,以控制当前这碾砂的紧实率和调整随后一碾砂的湿压强度水平。这一工作过程大致如下:在每个混砂周期的第60秒时进行第一次测试。所测得的紧实率用于修正加水量以便使当前这碾砂的紧实率达到设定值。一个完整的测量周期约为12s。在混砂周期行将结束之前进行最后一次紧实率和湿压强度测试。此时所测得的紧实率就是当前这碾砂的紧实率,而所测得的湿压强度是为了调整以后几碾砂的膨润土加入量以使之符合其设定值。
(四) DISA公司的SMC型砂性能在线检测装置
DISA公司的SMC型砂性能在线检测装置是一种三工位直线式型砂性能在线检测装置(见图2-54)。其工作过程如下:混砂机中的型砂由螺旋取样器取出经过小松砂机(图中均未示出)打松后进入试样筒[见图2-54 (b)]。通过光栅测试到型砂装满试样筒的信号后指令运送汽缸1将试样筒及底板同时移动到如图2-54 (b)所示位置。在移动的过程中刮板将试样筒中的型砂刮平。随后由一垂直汽缸测试紧实率。垂直汽缸复位后由运送汽缸2将试样筒移动到如图2-54 (c)所示位置。然后由另一垂直汽缸利用其活塞杆下端的电子砂型强度计测试湿态强度,同时将砂样从试样筒通过底板上的开口推出并排走。
图2-54 DISA公司SMC型砂性能在线检测装置
(a)起始位置;(b)加砂,刮平;(c)紧实率测试;(d)砂型强度测试,捅出试样
1—混砂机;2—取样口汽缸;3—垂直汽缸;4—测试样汽缸;5—运送汽缸1;6—运送汽缸2;7—试样筒;8—底板;9—刮板
SMC的测试过程如下:在混砂周期开始阶段首先测试型砂紧实率以确定本碾砂为达到紧实率设定值所需的正确加水量。在混砂周期结束阶段再次测试紧实率以检查本碾砂的实际紧实率。利用该紧实率试样来进行砂型强度测试,将其结果预设定值进行比较。通过统计分析来掌握砂型强度变化所反映的型砂有效膨润土含量的变化趋势,在必要时以小步长的增加或减少后几碾砂的膨润土加入量。这样就能保持所制备的型砂的性能和组成稳定地符合所设定的范围。
(五) 清华大学研制的型砂性能在线检测装置
图2-55为清华大学在20世纪90年代研制成的一种型砂性能在线检测装置的工作流程图,它是两工位直线布置的。这种在线检测装置检测从混砂机中取样的型砂的紧实率和湿压强度。另外,在混砂机内装有温度传感器用以测量本碾砂的温度,该参数是为了对型砂含水量在运输过程中的损失进行补偿所用。
图2-55 清华大学型砂性能在线检测装置
(a)初始位置;(b)取样位置;(c)测紧实率;(d);测湿压强度
1—位移传感器;2—测试用汽缸;3—取样汽缸;4—混砂机;5—压力传感器;6—压头;7—运送汽缸1;8—试样筒;9—运送汽缸2;10—底板
这里要说明的是,该检测装置用来检测湿压强度的试样高度 (已进行过紧实率测试)随紧实率的不同而不同。为验证该检测装置所测试的湿压强度值能够正确反映其与有效膨润土含量的关系,测得型砂紧实率—湿压强度—膨润土含量的关系曲线如图2-56所示。由图2-56可见,型砂紧实率在实际应用范围内 (36%~50%)对湿压强度检测值的影响是有限的;湿压强度值与膨润土含量呈正比。
(六) 日本新东工业株式会社型砂紧实率在线检测装置
图2-57所示为日本新东工业株式会社型砂的紧实率在线检测装置。
型砂由螺旋取样机构从混砂机围圈的开口处取出,装入试样筒后由一刮板刮平,然后由底置压实汽缸测试型砂紧实率。在试样筒筒壁装有电阻式湿度传感器用来测试型砂含水量。
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